(57)【要約】【課題】  押出機において、樹脂の溶融不足に起因した変動を抑制し、成形の精度を向上させること。【解決手段】  原料樹脂を定量供給する定量供給フィーダ２と、基端部からシリンダ３内に供給された原料樹脂を加熱機構４とシリンダ３内で回転駆動されるスクリュー５とで溶融混練して先端部から押し出す押出機構６と、シリンダ３内の基端部における圧力を測定する第１圧力計Ｐ１と、シリンダ３内で原料樹脂の可塑化が始まる可塑化開始領域での圧力を測定する第２圧力計Ｐ２と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料樹脂を定量供給する定量供給フィーダと、
基端部からシリンダ内に供給された前記原料樹脂を加熱機構と前記シリンダ内で回転駆動されるスクリューとで溶融混練して先端部から押し出す押出機構と、
前記シリンダ内の前記基端部における圧力を測定する第１圧力計と、
前記シリンダ内で前記原料樹脂の可塑化が始まる可塑化開始領域での圧力を測定する第２圧力計と、を備えていることを特徴とする押出機。
【請求項２】
前記シリンダ内の前記先端部における圧力を測定する先端部圧力計と、
前記先端部圧力計と前記第１圧力計と前記第２圧力計とで計測された各圧力値に基づいて、前記定量供給フィーダと前記押出機構とを制御する制御部と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の押出機。
【請求項３】
前記制御部が、前記先端部圧力計で測定した圧力値が所定範囲を超えて変動した場合であって前記第２圧力計で測定した圧力値の最小値がゼロである場合に、前記スクリューの回転数を低下させる制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の押出機。
【請求項４】
前記制御部が、前記先端部圧力計で測定した圧力値が所定範囲を超えて変動した場合であって前記第２圧力計で測定した圧力値の最小値がゼロである場合に、前記定量供給フィーダの原料供給量を増加させる制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の押出機。
【請求項５】
前記制御部が、前記先端部圧力計で測定した圧力値が所定範囲を超えて変動した場合であって前記第２圧力計で測定した圧力値の最小値がゼロである場合に、前記シリンダの基端部及びその近傍の温度を上げる制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の押出機。
【請求項６】
前記制御部が、前記先端部圧力計で測定した圧力値が所定範囲を超えて変動した場合であって前記第２圧力計で測定した圧力値の最小値がゼロである場合に、前記スクリューの表面温度を上げる制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の押出機。
【請求項７】
前記スクリューが、その外周に螺旋溝を有し、該螺旋溝が、前記シリンダの中間部分で二重の螺旋溝とされ、
前記第２圧力計が、前記二重の螺旋溝の開始位置に対応して設置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の押出機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルム状の成形体等を製造する際、溶融樹脂を押し出す押出機に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂を溶融して押出成形する装置としては、例えば特許文献１に、熱可塑性樹脂を定量供給フィーダ（定量供給装置）を介して別個に供給するようにした一軸又は二軸のスクリューを有する押出機が記載されている。この押出機では、スターブフィード運転、すなわち定量供給フィーダで供給量を制限して供給口近傍で原料が十分に充填されていない状態（スクリュー基端部に樹脂を充満させない状態）で樹脂を送る運転を行う場合、樹脂の溶融面積が減少して溶融不足による変動が発生するため、樹脂の吐出圧力（押出機の先端圧力）を検出してスクリューの回転数をフィードバック制御して吐出圧力の安定化を図ろうとしている。
【０００３】
【特許文献１】特許第２６５９５１５号公報（特許請求の範囲、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来の押出機では、先端圧力の変動のみを検知してスクリュー回転数を制御しているが、変動要因は複数存在するために、先端圧力だけでは十分に変動抑制効果を得ることができないという不都合があった。特に、先端圧力の変動だけでは、樹脂の状態が把握できず、先端圧力を検出してフィードバック制御を行っても、状態の改善が図られたかどうかも明確に判断することが困難である。このため、定量供給フィーダの原料供給量やスクリュー回転数を手動制御して、スクリューの１回転数当たりの吐出量を変化させて安定条件を探索しているのが現状であった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、樹脂の溶融不足に起因した変動を抑制し、成形の精度を向上させることができる押出機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の押出機は、原料樹脂を定量供給する定量供給フィーダと、基端部からシリンダ内に供給された原料樹脂を加熱機構とシリンダ内で回転駆動されるスクリューとで溶融混練して先端部から押し出す押出機構と、シリンダ内の基端部における圧力を測定する第１圧力計と、シリンダ内で原料樹脂の可塑化が始まる可塑化開始領域での圧力を測定する第２圧力計と、を備えていることを特徴とする。
この押出機では、第１圧力計でシリンダ基端部での圧力を測定することで、一定量毎に原料樹脂を供給する定量供給によって基端部でスターブフィード状態（原料樹脂が充填されていない状態）が得られているかが判断できると共に、第２圧力計で可塑化開始領域での圧力を測定することで、原料樹脂の溶融状態がわかることから、原料樹脂の供給状態に対応させて原料樹脂の溶融状態を把握することができる。したがって、先端部での圧力変動が生じても、第１圧力計及び第２圧力計での圧力情報を用いることで、溶融不足に起因するものかどうかの判断が可能になる。なお、可塑化開始領域は、正常運転状態で予め可塑化が始まる位置を調べて決定される。
【０００７】
また、本発明の押出機は、シリンダ内の先端部における圧力を測定する先端部圧力計と、先端部圧力計と第１圧力計と第２圧力計とで計測された各圧力値に基づいて、定量供給フィーダと押出機構とを制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。すなわち、この押出機では、先端部圧力計でシリンダ先端部の圧力変動を検出することができ、この圧力変動と、第１圧力計及び第２圧力計で測定した圧力値から得られた原料樹脂の状態とから、原料樹脂の溶融不足を的確に検知して、制御部により定量供給フィーダと押出機構とを適正に制御し、高精度で高い変動抑制効果を得ることができる。
【０００８】
さらに、本発明の押出機は、制御部が、先端部圧力計で測定した圧力値が所定範囲を超えて変動した場合であって第２圧力計で測定した圧力値の最小値がゼロである場合に、スクリューの回転数を低下させる制御を行うことを特徴とする。
すなわち、この押出機では、第２圧力計で測定した圧力値の最小値がゼロである場合に溶融不足の状態であると判断して、制御部によりスクリュー回転数を低下させることで、樹脂の流出を減少させてシリンダ内の樹脂量を増加させる。これにより、シリンダと固体状態の原料樹脂との接触面積を増加させることができ、溶融量を増加させることで、溶融不足を解消させることができる。
【０００９】
また、本発明の押出機は、制御部が、先端部圧力計で測定した圧力値が所定範囲を超えて変動した場合であって第２圧力計で測定した圧力値の最小値がゼロである場合に、定量供給フィーダの原料供給量を増加させる制御を行うことを特徴とする。
すなわち、この押出機では、第２圧力計で測定した圧力値の最小値がゼロである場合に溶融不足の状態であると判断して、制御部により定量供給フィーダの原料供給量を増加させることで、シリンダ内の樹脂量を増加させる。これにより、シリンダと固体状態の原料樹脂との接触面積を増加させることができ、溶融量を増加させることで、溶融不足を解消させることができる。
【００１０】
また、本発明の押出機は、制御部が、先端部圧力計で測定した圧力値が所定範囲を超えて変動した場合であって第２圧力計で測定した圧力値の最小値がゼロである場合に、シリンダの基端部及びその近傍の温度を上げる制御を行うことを特徴とする。
すなわち、この押出機では、第２圧力計で測定した圧力値の最小値がゼロである場合に溶融不足の状態であると判断して、制御部により加熱機構を制御してシリンダの基端部及びその近傍の温度を上げることで、固体状態の原料樹脂への伝熱量を増加させて、溶融量を増加させることで、溶融不足を解消させることができる。
【００１１】
また、本発明の押出機は、制御部が、先端部圧力計で測定した圧力値が所定範囲を超えて変動した場合であって第２圧力計で測定した圧力値の最小値がゼロである場合に、スクリューの表面温度を上げる制御を行うことを特徴とする。
すなわち、この押出機では、第２圧力計で測定した圧力値の最小値がゼロである場合に溶融不足の状態であると判断して、制御部により加熱機構を制御してスクリューの表面温度を上げることで、固体状態の原料樹脂への伝熱量を増加させて、溶融量を増加させることで、溶融不足を解消させることができる。また、スクリュー表面の温度を上げると、スクリュー表面で溶融状態の原料樹脂が多くなり、一回転当たりの押出量が減少するため、シリンダ内での滞留時間が長くなり、より溶融量の増加が可能になる。
【００１２】
本発明の押出機は、スクリューが、その外周に螺旋溝を有し、該螺旋溝が、シリンダの中間部分で二重の螺旋溝とされ、第２圧力計が、二重の螺旋溝の開始位置に対応して設置されていることを特徴とする。すなわち、この押出機では、二重の螺旋溝の開始位置に対応して第２圧力計が設置されているので、溶融状態の樹脂の混練に適した二重の螺旋溝の開始位置で圧力を測定することができ、原料樹脂の溶融状態をより正確に得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る押出機によれば、第１圧力計及び第２圧力計でシリンダ基端部及び可塑化開始領域での圧力を測定することで、スターブフィード状態と原料樹脂の溶融状態とを同時に把握することができ、先端部での圧力変動が生じても溶融不足に起因するものかどうかの判断が可能になる。したがって、第１圧力計及び第２圧力計の圧力値情報に基づいて制御を行うことで、溶融量の的確な調整が可能になり、溶融不足を解消させて圧力変動を抑制し、成形の精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る押出機の一実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。
【００１５】
本実施形態の押出機は、フィルム状の成形体を押出成形するためのもので、図１に示すように、原料樹脂を貯留するホッパ１と、ホッパ１内の原料樹脂を定量供給する定量供給フィーダ２と、基端部からシリンダ３内に供給された原料樹脂を加熱機構４とシリンダ３内で回転駆動されるスクリュー５とで溶融混練して先端部から押し出す押出機構６と、定量供給フィーダ２と押出機構６とを制御する制御部Ｃと、を備えている。また、この押出機には、シリンダ３の先端部に異物を取り除くフィルター７を介してダイス８が接続されている。該ダイス８からは、溶融状態の原料樹脂がフィルム状にされて成形体として排出される。
【００１６】
上記定量供給フィーダ２は、原料樹脂を内部の供給用スクリュー（図示略）でシリンダ３内に定量供給するものであり、供給用スクリューの回転数を制御することで原料樹脂の供給量を制御することができる。
上記押出機構６は、上記スクリュー５を連結機構９を介して回転駆動する駆動用モータ１０を備えている。
【００１７】
また、押出機構６は、シリンダ３内の基端部における圧力を測定する第１圧力計Ｐ１と、シリンダ３内で原料樹脂の可塑化が始まる可塑化開始領域での圧力を測定する第２圧力計Ｐ２と、シリンダ３内の先端部における圧力を測定する先端部圧力計ＰＨと、を備えている。
上記加熱機構４は、シリンダ３の外周部に巻回されていると共に軸方向に分割配置されてそれぞれ独立的に温度制御可能な第１ヒータ部Ｃ１〜第６ヒータ部Ｃ６と、スクリュー５内部に形成された油流路１１ａに温度コントロールされた油を流通させるスクリュー温調機構１１と、で構成されている。
【００１８】
上記スクリュー５は、その外周に螺旋溝１２が形成されており、この螺旋溝１２は、シリンダ３の中間部分において二重化されて二重螺旋溝１２ａとなっている。また、第２圧力計Ｐ２は、二重螺旋溝１２ａの開始位置に対応して設置されている。
上記制御部Ｃは、先端部圧力計ＰＨと第１圧力計Ｐ１と第２圧力計Ｐ２とで計測された各圧力値に基づいて定量供給フィーダ２と押出機構６とを制御するものである。
【００１９】
この制御部Ｃは、先端部圧力計ＰＨで測定した圧力値が所定範囲を超えて変動した場合であって第２圧力計Ｐ２で測定した圧力値の最小値がゼロである場合に、溶融不足が生じていると判断して、次の制御のいずれかを予め設定された安定化フローに従って行う。この安定化フローは、装置の種々の制約条件に基づいて設定されている。
【００２０】
すなわち、上記状況の場合、制御部Ｃは、第１ヒータ部Ｃ１及び第２ヒータ部Ｃ２によりシリンダ３の基端部及びその近傍の温度を上げる制御とスクリュー温調機構１１によりスクリュー５の表面温度を上げる制御とを行うこと、定量供給フィーダ２を制御して原料供給量を増加させる制御を行うこと、及び駆動用モータ１０によりスクリュー５の回転数を低下させる制御を行うこと、のいずれかを行うように設定されている。
【００２１】
次に、本実施形態の押出機における安定化フローを、図２から図４を参照して以下に説明する。
【００２２】
まず、図２に示すように、先端部圧力計ＰＨによりシリンダ３の先端部における圧力（先端圧力）を、予め設定した一定時間内で定期的又は連続的に繰り返し測定する（ステップＳ１）。そして、この先端圧力の変動を、制御部Ｃにより、解析し（ステップＳ２）、先端圧力が所定範囲を超えて変動しているか否かの判別を行う（ステップＳ３）。先端圧力が所定範囲を超えて変動している場合、第２圧力計Ｐ２による圧力値（フィード部出口圧力値）の最小値が「０」であるか否かの判別を行い、最小値が０である場合は溶融不足と判断する（ステップＳ４）、所定範囲を超えて変動していない場合は、制御を終了する（ステップＳ５）。
【００２３】
第２圧力計Ｐ２による圧力値の最小値が「０」である場合、制御部Ｃは、次にシリンダ３及びスクリュー５の温度が制御可能な範囲の上限値であるか否かの判別を行い（ステップＳ６）、第２圧力計Ｐ２による圧力値の最小値が「０」でない場合、本制御では改善不可能と判断して押出機を一時待機状態とする（ステップＳ７）。
シリンダ３及びスクリュー５の温度が制御可能な範囲の上限値である場合、制御部Ｃは、シリンダ３の基端部とスクリュー５表面との温度を、第１ヒータ部Ｃ１及び第２ヒータ部Ｃ２とスクリュー温調機構１１とを制御して所定の温度（＋ΔＴ℃）だけ上昇させ（ステップＳ８）、シリンダ３及びスクリュー５の温度が制御可能な範囲の上限値でない場合、押出量が上限値であるか否かの判別を行う（ステップＳ１１）。
【００２４】
所定の温度（＋ΔＴ℃）だけ上昇させた際に、制御部Ｃは、第１圧力計Ｐ１の圧力値からスターブフィードが維持できているかどうかの判別を行い（ステップＳ９）、維持できている場合は、先端圧力の変動を検出するステップＳ３へと戻って制御を繰り返し、維持できていない場合は、押出量が上限値であるか否かの判別を行う（ステップＳ１０、Ｓ１１）。
【００２５】
図３に示すように、押出量が上限値であるか否かの判別を行った際（ステップＳ１１）、上限値に達していない場合は、制御部Ｃは、定量供給フィーダ２による原料供給量を所定の量（＋ΔＱ）だけ増加させ（ステップＳ１２）、既に上限値に達してしまっている場合は、図４に示すように、スクリュー５の回転数が下限値であるか否かの判別を行う（ステップＳ１９）。
【００２６】
定量供給フィーダ２による原料供給量を所定の量（＋ΔＱ）だけ増加させた場合（ステップＳ１２）、制御部Ｃは、第１圧力計Ｐ１の圧力値からスターブフィードが維持できているかどうかの判別を行い（ステップＳ１３）、スターブフィードが維持できている場合は、先端部圧力計ＰＨで先端圧力が変動しているか検出し（ステップＳ１４）、スターブフィードが維持できていない場合は、条件を元に戻して、図４に示すように、スクリュー５の回転数が下限値であるか否かの判別を行う（ステップＳ１５、Ｓ１９）。
【００２７】
ステップＳ１４において先端圧力の変動を検出した場合、制御部Ｃは、第２圧力計Ｐ２での圧力値の最小値が「０」であるか否かの判別を行い（ステップＳ１６）、変動を検出しない場合は、制御を終了する（ステップＳ１７）。
ステップＳ１６において、第２圧力計Ｐ２での圧力値の最小値が「０」である場合は、再びステップＳ１１に戻って押出量が上限値か否かの判別を行い、最小値が「０」でない場合は、本制御では改善不可能である判断して押出機を一次待機状態とする（ステップＳ１８）。
【００２８】
図４に示すように、ステップＳ１９においてスクリュー５の回転数が下限値である場合は、制御部Ｃは、本制御では改善不可能と判断して一次待機状態とし（ステップＳ２１）、回転数が下限値でない場合は、スクリュー５の回転数を所定の回転数（−ΔＮ）だけ低下させる（ステップＳ２０）。このとき、制御部Ｃは、第１圧力計Ｐ１の圧力値からスターブフィードが維持できているかどうかの判別を行い（ステップＳ２２）、スターブフィードが維持できている場合は、先端部圧力計ＰＨで先端圧力が変動しているか検出し（ステップＳ２４）、スターブフィードが維持できていない場合は、条件を元に戻して、本制御では改善不可能である判断して押出機を一次待機状態とする（ステップＳ２３）。
【００２９】
ステップＳ２４において先端圧力の変動を検出した場合、制御部Ｃは、第２圧力計Ｐ２での圧力値の最小値が「０」であるか否かの判別を行い（ステップＳ２６）、変動を検出しない場合は、制御を終了する（ステップＳ２５）。
ステップＳ２６において、第２圧力計Ｐ２での圧力値の最小値が「０」である場合は、再びステップＳ１９に戻ってスクリュー５の回転数が下限値か否かの判別を行い、最小値が「０」でない場合は、本制御では改善不可能である判断して押出機を一次待機状態とする（ステップＳ２７）。
【００３０】
このように本実施形態では、第１圧力計Ｐ１でシリンダ３の基端部での圧力を測定することで、一定量毎に原料樹脂を供給する定量供給によって基端部でスターブフィード状態が得られているかが判断できると共に、第２圧力計Ｐ２で可塑化開始領域での圧力を測定することで、原料樹脂の溶融状態がわかることから、原料樹脂の供給状態に対応させて原料樹脂の溶融状態を把握することができる。さらに、二重螺旋溝１２ａの開始位置に対応して第２圧力計Ｐ２が設置されているので、溶融状態の樹脂の混練に適した二重螺旋溝１２ａの開始位置で圧力を測定することができ、原料樹脂の溶融状態をより正確に得ることができる。
【００３１】
また、先端部圧力計ＰＨでシリンダ３の先端部の圧力変動を検出することができ、この圧力変動と、第１圧力計Ｐ１及び第２圧力計Ｐ２で測定した圧力値から得られた原料樹脂の状態とから、原料樹脂の溶融不足を的確に検知して、制御部Ｃにより定量供給フィーダ２と押出機構６とを適正に制御し、高精度で高い変動抑制効果を得ることができる。
【００３２】
すなわち、第２圧力計Ｐ２で測定した圧力値の最小値がゼロである場合に溶融不足の状態であると判断して、制御部Ｃにより加熱機構４を制御してスクリュー５の表面温度、シリンダ３の基端部及びその近傍の温度を上げる（ステップＳ８）ことで、固体状態の原料樹脂への伝熱量を増加させて、溶融量を増加させ、溶融不足を解消させることができる。なお、スクリュー５の表面温度を上げると、スクリュー５の表面で溶融状態の原料樹脂が多くなり、一回転当たりの押出量が減少するため、シリンダ３内での滞留時間が長くなり、より溶融量の増加が可能になる。
【００３３】
また、制約条件により上記加熱機構４での制御ができない場合、制御部Ｃにより定量供給フィーダ２の原料供給量を増加させる（ステップＳ１２）ことで、シリンダ３内の樹脂量を増加させる。これにより、シリンダ３と固体状態の原料樹脂との接触面積を増加させることができ、溶融量を増加させることで、溶融不足を解消させることができる。
さらに、制約条件により定量供給フィーダ２での制御ができない場合、制御部Ｃによりスクリュー５の回転数を低下させる（ステップＳ２０）ことで、樹脂の流出を減少させてシリンダ３内の樹脂量を増加させる。これにより、シリンダ３と固体状態の原料樹脂との接触面積を増加させることができ、溶融量を増加させることで、溶融不足を解消させることができる。
【００３４】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００３５】
例えば、上記実施形態では、第２圧力計Ｐ２で測定した圧力値の最小値がゼロである場合に溶融不足の状態であると判断して、加熱機構４の制御、定量供給フィーダ２の制御及びスクリュー５の回転数の制御を、この順で上記変動が抑制されるまで行うが、押出機の制約条件等によっては異なる制御手順の安定化フローを採用しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る一実施形態の押出機について、押出機構の要部断面及び全体の構成を示す正面図である。
【図２】本実施形態の押出機において、安定化フローのうち主に温度制御を示すフローチャートである。
【図３】本実施形態の押出機において、安定化フローのうち主に原料供給制御を示すフローチャートである。
【図４】本実施形態の押出機において、安定化フローのうち主にスクリュー回転数制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
２…定量供給フィーダ、３…シリンダ、４…加熱機構、５…スクリュー、６…押出機構、１１…スクリュー温調機構、１２ａ…二重螺旋溝、Ｃ１〜Ｃ６…第１〜第６ヒータ部、Ｃ…制御部、Ｐ１…第１圧力計、Ｐ２…第２圧力計、ＰＨ…先端部圧力計        
【図１】
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【図２】
2006181793.tif 000004
【図３】
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【図４】
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